La instalación física de una red

Transcripción

1 La instalación física de una red 3 En esta Unidad aprenderás a: Conocer el conjunto de componentes físicos que forman una red de área local. Distinguir los distintos parámetros que intervienen en el diseño físico de una red. Distinguir los distintos tipos de redes Ethernet. Confeccionar los cables más comunes utilizados en redes de área local con las herramientas apropiadas. Conocer las principales características de los sistemas de cableado estructurado.

2 3.1 Los medios de transmisión 3.1 Los medios de transmisión El medio de transmisión es el soporte físico que facilita el transporte de la información y supone una parte fundamental en la comunicación de datos. La calidad de la transmisión dependerá de sus características físicas, mecánicas, eléctricas, etcétera. El transporte puede ser mecánico, eléctrico, óptico, electromagnético, etc. El medio debe ser adecuado a la transmisión de la señal física para producir la conexión y la comunicación entre dos dispositivos. La evolución experimentada por la Informática y las Telecomunicaciones ha desarrollado la investigación en estos elementos de la transmisión, obteniendo materiales de una gran calidad y fiabilidad. La elección de un buen sistema de cableado es de vital importancia en las instalaciones reales en los que se producirá el fenómeno de la comunicación. La inversión estimada para cables en una instalación es del 6 % del coste total. Sin embargo, está comprobado que el 70 % de los fallos producidos en una red se deben a defectos en el cableado. Por tanto, merece la pena no escatimar demasiado las inversiones que deban producirse en los sistemas de transmisión. A Sistemas de cableado metálicos En este apartado se incluyen todos los medios de transmisión que utilizan canales conductores metálicos para la transmisión de la señal, y que están sujetos tanto a la ley de Ohm, que se estudiará a continuación, como a las leyes fundamentales que rigen el electromagnetismo. La ley de Ohm Todas las señales eléctricas sufren una disminución de su nivel energético cuando se transmiten por cualquier medio de transmisión. Esta atenuación se rige por la ley de Ohm, que relaciona la tensión eléctrica entre los extremos del material y la intensidad de corriente eléctrica que le atraviesa. Al cociente entre esa tensión y la intensidad se le llama resistencia eléctrica. A veces, esta resistencia no es una constante, sino que depende de la frecuencia de la señal eléctrica que ese material debe transportar. Cuando se considera este último fenómeno se habla de impedancia, que es un concepto más generalizado que el de resistencia. R = V/I donde R es la resistencia, V es la tensión eléctrica e I es la intensidad. R se mide en ohmios (Ω), V en voltios (V) e I en amperios (A). En la Figura 3.1 se puede ver un circuito básico que ilustra la ley de Ohm. Figura 3.1. Circuito básico compuesto de batería y resistencia atravesada por una intensidad de corriente. Los cables de pares Están formados por pares de filamentos metálicos y constituyen el modo más simple y económico de todos los medios de transmisión. Sin embargo, presentan algunos inconvenientes. En todo conductor, la resistencia eléctrica aumenta al disminuir la sección del conductor, por lo que hay que llegar a un compromiso entre volumen y peso, y la resistencia eléctrica del cable. Esta resistencia está afectada directamente por la longitud máxima. Cuando se sobrepasan ciertas longitudes, hay que acudir al uso de repetidores para restablecer el nivel eléctrico de la señal. Tanto la transmisión como la recepción utilizan un par de conductores que, si no están apantallados, son muy sensibles a interferencias y diafonías producidas por la inducción electromagnética de unos conductores en otros (motivo por el que en ocasiones percibimos conversaciones telefónicas ajenas en nuestro teléfono). Un cable apantallado es aquél que está protegido de las interferencias eléctricas externas por acción de un conductor eléctrico externo al cable, por ejemplo, una malla metálica. 61

3 3.1 Los medios de transmisión Un modo de subsanar estas interferencias consiste en trenzar los pares de modo que las intensidades de transmisión y recepción anulen las perturbaciones electromagnéticas sobre otros conductores próximos. Esta es la razón por la que este tipo de cables se llaman cables de pares trenzados. Con este tipo de cables es posible alcanzar velocidades de transmisión comprendidas entre 2 Mbps y 100 Mbps en el caso de señales digitales. A cortas distancias pueden llegar a 1 Gbps. Es el cable más utilizado en telefonía y télex. Existen fundamentalmente dos tipos: Cable UTP (Unshielded Twisted Pair). Es un cable de pares trenzado y sin recubrimiento metálico externo, de modo que es sensible a las interferencias, sin embargo, al estar trenzado, compensa las inducciones electromagnéticas producidas por las líneas del mismo cable. Es importante guardar la numeración de los pares, ya que de lo contrario el efecto del trenzado no será eficaz: puede disminuir sensiblemente o incluso impedir la capacidad de transmisión. Es un cable barato, flexible y sencillo de instalar. La impedancia característica de un cable UTP es de 100 Ω. En la Figura 3.2 se pueden observar los distintos pares de un cable UTP. Cable STP (Shielded Twisted Pair). Este cable es semejante al UTP pero se le añade un recubrimiento metálico para evitar las interferencias externas. Este recubrimiento debe ser conectado a la tierra de la instalación. Por tanto, es un cable más protegido, pero menos flexible que el UTP. El sistema de trenzado es idéntico al del cable UTP. La impedancia característica de un cable STP ron de los 150 Ω. Estos cables de pares tienen aplicación en muchos campos. El cable de cuatro pares (Figura 3.2) está utilizándose como el cableado general en muchas instalaciones, como conductores para la transmisión telefónica de voz, transporte de datos, etc. RDSI utiliza también este medio de transmisión. En los cables de pares distinguimos dos clasificaciones: Primera clasificación: las categorías. Cada categoría especifica unas características eléctricas para el cable: atenuación, capacidad de la línea e impedancia. Actualmente se utilizan las categorías 3 a 5, que soportan frecuencias de 10, 20 y 100 MHz respectivamente. También se utiliza una categoría llamada 5E, que mejora algo las capacidades de la categoría 5. Se encuentran en estudio las categorías 6 y 7, que quedan abiertas a nuevos estándares con 250 y 600 MHz respectivamente. Segunda clasificación: las clases. Cada clase especifica las distancias permitidas, el ancho de banda conseguido y las aplicaciones para las que es útil en función de estas características. Están especificadas las clases A a F. En la Tabla 3.1 se especifican ejemplos que relacionan algunas clases con algunas categorías. CLASES Clase A Clase B Clase C Clase D Ancho de banda Cat. 3 Cat. 4 Cat khz 2 km 3 km 3 km 1 MHz 500 m 600 m 700 m 20 MHz 100 m 150 m 160 m 100 MHz no hay no hay 100 m Tabla 3.1. Características de longitudes posibles y anchos de banda para las clases y categorías de pares trenzados. Dado que el cable UTP de categoría 5 es barato y fácil de instalar, se está incrementando su utilización en las instalaciones de redes de área local con topología en estrella, mediante el uso de conmutadores y concentradores que se estudiarán más adelante. Las aplicaciones típicas de la categoría 3 son transmisiones de datos hasta 10 Mbps (por ejemplo, la especificación 10BaseT); para la categoría 4, 16 Mbps; y para la categoría 5 (por ejemplo, la especificación 100BaseT), 100 Mbps. Velocidad de transmisión de datos Nivel de atenuación para 100 m Figura 3.2. Ejemplos de cables de pares. a) Cables STP. b) Cable UTP. 4 Mbps 10 Mbps 16 Mbps 100 Mbps 13 db 20 db 25 db 67 db Tabla 3.2. Nivel de atenuación permitido según la velocidad de transmisión para un cable UTP. 62

4 3.1 Los medios de transmisión En concreto el cable UTP de categoría 5 viene especificado por las características de la Tabla 3.2 (especificaciones TSB-36) referidas a un cable estándar de cien metros de longitud. El nivel de atenuación se mide en decibelios (db), que indica una medida de las pérdidas de señal a lo largo del cable. Así, una pérdida de 10 db indica que la energía de la señal transmitida es diez veces menor a la salida que a la entrada, una pérdida de 20 db supone que la energía de salida es un 1 % de la entrada, 30 db implica un 1 de la entrada, etc. Sin embargo, las exigencias de ancho de banda de las redes actuales han hecho que el cable UTP de categoría 5 se muestre insuficiente en ocasiones. Las sociedades de estándares han hecho evolucionar esta categoría definiendo otras de características mejoradas que se describen a continuación: Categoría 5 actual. Se define en los estándares IS 11801, EN y TIA 568. En su versión original data de 1995 y está pensado para soportar transmisiones típicas de la tecnología ATM (155 Mbps), pero no es capaz de soportar Gigabit Ethernet (1 Gbps). Categoría 5 mejorada (5e o 5 enhanced). Se trata de una revisión de la categoría 5 de En esta versión se mejoran los parámetros del cable para llegar a transmisiones de Gigabit Ethernet. Categoría 6. Es una categoría todavía en proceso de definición aunque ya ampliamente aceptada, pero sus parámetros eléctricos apuntan que podrían soportar frecuencias hasta los 250 MHz en clase E. Categoría 7. Es una especificación todavía por definir, pero pretende llegar hasta los 600 MHz en clase F, mejorando sustancialmente los fenómenos de diafonía con respecto de la categoría 5. Sin embargo, esta categoría tiene como competidor más directo a la fibra óptica. Para hacerse una idea aproximada de la utilización de estos cables en redes de área local, se puede construir una red Ethernet con topología en estrella con cable UTP de categoría 5 con segmentos de 100 m como máximo. El cable coaxial Presenta propiedades mucho más favorables frente a interferencias y a la longitud de la línea de datos, de modo que el ancho de banda puede ser mayor a estas grandes distancias. Esto permite una mayor concentración de las transmisiones analógicas, o bien una mayor capacidad de las transmisiones digitales. Su estructura es la de un cable formado por un conductor central macizo o compuesto por múltiples fibras al que rodea un aislante dieléctrico de mayor diámetro (Figura 3.3). Una malla exterior aísla de interferencias al conductor central. Por último, utiliza un material aislante para recubrir y proteger todo el conjunto. Presenta condiciones eléctricas más favorables. En redes de área local se utilizan dos tipos de cable coaxial: fino y grueso. Por ejemplo, el cable coaxial fino utilizado en las instalaciones de redes de área local se denomina RG- 58A/U y tiene una impedancia característica de 50 Ω. Con este cable se pueden construir redes Ethernet con topología en bus (10Base2) y un máximo de distancia por segmento de 185 m. Figura 3.3. Sección de un cable coaxial, conectores y cables. Con un cable coaxial del tipo RG-8A/U, también de 50 Ω de impedancia, se pueden construir redes Ethernet del tipo 10Base5 o Thicknet con segmentos de 500 m como máximo. Si se comparan estos segmentos de 500 m con los 100 m como máximo de los segmentos en la estrella de la red UTP de categoría 5, nos haremos una idea de las ventajas del cableado coaxial cuando es necesario cablear grandes distancias. Es capaz de llegar a anchos de banda comprendidos entre los 80 MHz y los 400 MHz dependiendo de si tenemos coaxial fino o grueso. Esto quiere decir que en transmisión de señal analógica seríamos capaces de tener como mínimo del orden de circuitos de voz. 63

5 3.1 Los medios de transmisión B Sistemas de fibra óptica La fibra óptica permite la transmisión de señales luminosas. La fibra es insensible a interferencias electromagnéticas externas. Los medios conductores metálicos son incapaces de soportar frecuencias muy elevadas, por lo que para altas frecuencias son necesarios medios de transmisión ópticos. La luz ambiental es una mezcla de señales de muchas frecuencias distintas por lo que no es una buena fuente de señal portadora luminosa para la transmisión de datos. Son necesarias fuentes especializadas: Fuentes láser. A partir de la década de los años sesenta se descubre el láser, una fuente luminosa de alta coherencia, es decir, que produce luz de una única frecuencia y en la que toda la emisión se produce en fase. Un caso particular de fuente láser es el diodo láser, que no es más que una fuente semiconductora de emisión láser de bajo precio. Diodos LED. Son semiconductores que producen luz cuando son excitados eléctricamente. La composición del cable de fibra óptica consta básicamente de un núcleo, un revestimiento y una cubierta externa protectora (Figura 3.4). El núcleo es el conductor de la señal luminosa. La señal es conducida por el interior de este núcleo fibroso, sin poder escapar de él debido a las reflexiones internas y totales que se producen, impidiendo tanto el escape de energía hacia el exterior como la adición de nuevas señales externas indeseadas. Actualmente se utilizan tres tipos de fibras ópticas para la transmisión de datos: fibras monomodo, multimodo de índice gradual y multimodo de índice escalonado. Se llegan a efectuar transmisiones de decenas de miles de llamadas telefónicas a través de una sola fibra dado su gran ancho de banda. Otra ventaja es la gran fiabilidad, su tasa de error es mínima. Su peso y diámetro la hacen ideal frente a los cables de pares o coaxiales. Normalmente se encuentra instalada en grupos, en forma de mangueras, con un núcleo metálico que les sirve de protección y soporte frente a las tensiones producidas en el cable ya que la fibra, en sí misma, es extraordinariamente frágil. Su principal inconveniente es la dificultad de realizar una buena conexión de distintas fibras con el fin de evitar reflexiones de la señal. Desde un principio las redes de fibra óptica han utilizado un sistema de multiplexación en el tiempo (TDM, Time División Multiplexing) para efectuar sus transmisiones. Los sistemas TDM actuales han llegado a velocidades de 10 Gbps, lo que está muy alejado de los 30 THz de ancho de banda teórico que soporta una fibra. Con el fin de aprovechar al máximo las conducciones de fibra se ha definido una nueva modulación para fibra llamada WDM (Wavelength División Multiplexing) o multiplexación en longitud de onda, que consiste en introducir en la fibra no una longitud de onda sino varias. Actualmente se llegan a multiplexar del orden de 50 longitudes de onda sobre la misma fibra (multiplexación densa en longitud de onda). A esta modulación, se superpone la ya tradicional en el tiempo TDM, consiguiendo sistemas de transmisión mixtos que varían entre los 40 y los 160 Gbps. C Sistemas inalámbricos Figura 3.4. a) Sección longitudinal de una fibra óptica. b) Conectores de fibra óptica. Estos sistemas se utilizan en las redes de área local por la comodidad y flexibilidad que presentan: no son necesarios complejos sistemas de cableado, los puestos de la red se pueden desplazar sin grandes problemas, etc. Sin embargo, adolecen de baja velocidad de transmisión y de fuertes imposiciones administrativas 64

6 3.1 Los medios de transmisión en las asignaciones de frecuencia que pueden utilizar: son sistemas cuyos parámetros de transmisión están legislados por las administraciones públicas. En algunos casos se requieren permisos especiales, dependiendo de la banda de frecuencia que utilicen. Los sistemas radioterrestres Los satélites artificiales En ausencia de atmósfera las transmisiones inalámbricas son mucho más fiables, lo que permite muy altas frecuencias y transmisiones de alta capacidad. La transmisión vía satélite de un punto de la Tierra a su antípoda se haría imposible sin la existencia de plataformas orbitales que intercomuniquen varios satélites. El medio de transmisión en los enlaces de radio es el espacio libre, con o sin atmósfera, a través de ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz. Para llevar a cabo la transmisión se utiliza un sistema de antenas emisoras y receptoras. La propagación por el medio atmosférico produce en ocasiones problemas de transmisión provocados por los agentes meteorológicos. Estos efectos negativos se pueden comprobar fácilmente en las emisiones televisivas cuando las condiciones climatológicas no son favorables en forma de interferencias, nieve, rayas, doble imagen, etcétera. De modo general, cuanto mayor es la frecuencia de la señal que se emite, tanto más sensible es a este tipo de problemas, de modo que la distancia máxima entre las antenas emisora y receptora debe ser menor para garantizar una comunicación íntegra. Para las transmisiones radioterrestres, destacan las siguientes bandas de frecuencia del espectro electromagnético: Onda corta, con frecuencias en el entorno de las decenas de MHz, que utilizan la Ionosfera terrestre como espejo reflector entre el emisor y receptor. De este modo son posibles comunicaciones de larga distancia, típicamente intercontinentales. El ancho de banda de los mensajes transmitidos por onda corta es pequeño puesto que la frecuencia de la señal portadora es relativamente baja: no es un buen modo de transmisión de datos digitales. Microondas, con frecuencias del orden del GHz. El ancho de banda para los mensajes puede ser mucho más elevado ya que la frecuencia de la señal portadora es muy alta. Esto permite la multicanalización de muchos mensajes. Las distancias que se permiten oscilan entre los 50 a 100 km en transmisiones por la superficie terrestre. Las antenas tienen forma parabólica y se pueden ver en la cima de los montes a lo largo de la geografía. Figura 3.5. Dispositivos inalámbricos utilizados en redes de área local inalámbricas: a) Punto de acceso. b) Tarjeta de red. Como en el espacio vacío la probabilidad de obstáculo es mucho menor que en la comunicación tierra-satélite, se permiten velocidades aún mayores, y se llega a transmisiones de 100 GHz. Las comunicaciones por satélite tienen dos problemas fundamentales: El elevado coste de situar un satélite en el espacio y su mantenimiento posterior. El retardo producido en las transmisiones de las señales originado por las grandes distancias que éstas deben recorrer. Es común en las comunicaciones televisivas en directo vía satélite que el sonido no esté sincronizado con la imagen, por ejemplo, porque el sonido venga por vía telefónica terrestre y la imagen por satélite; la diferencia de caminos entre una y otra vía es significativa: se producen retardos superiores al cuarto de segundo. Para solucionar algunos de estos problemas se han creado redes de satélites de órbita baja, aunque aún no parece que hayan llegado a su madurez. Otro punto importante a favor de los satélites es que proporcionan la estructura básica para el funcionamiento de los sistemas de posicionamiento global (GPS, Global Positioning System). Se trata de terminales especializados que se comunican simultáneamente con varios satélites con objeto de proporcionar la posición geográfica del receptor GPS con extraordinaria precisión. 65

7 3.2 Dispositivos de conexión de cables 3.2 Dispositivos de conexión de cables Los cables que forman parte de una red de transmisión de datos no pueden utilizarse si la señal eléctrica no entra en ellos debidamente. De esta función se ocupan los conectores, que no son más que interfaces que adecuan la señal del cable al interface del receptor. Frecuentemente, los conectores de una misma familia se duplican en forma de «macho» o «hembra», que deben ajustarse mecánicamente del modo más perfecto posible. A Conectores para comunicaciones serie Las comunicaciones serie más comunes en redes de ordenadores son las conexiones de los puertos serie con módems. Por ello, estudiaremos estos conectores serie y las señales de cada una de sus líneas tomando como ejemplo la comunicación ordenador-módem. El módem es un elemento intermedio entre el equipo terminal de datos ETD y la línea telefónica. Por tanto, hay que definir el modo en que el módem se conectará tanto a la línea telefónica como al ETD. Los módems se conectan a la línea telefónica a través de una clavija telefónica. En algunos casos se permite un puente para que no quede interrumpida la línea telefónica y se proporcione servicio a un teléfono. En este caso la conexión consiste en tender la línea telefónica hasta la entrada telefónica de línea del módem, y luego tender otro cable telefónico desde la salida de teléfono del módem hasta el propio teléfono. En cuanto a su conexión con el ETD, se han definido varios estándares de conectividad. Los más comunes son los propuestos por la norma RS-232 o la recomendación V.24, que definen cómo debe ser el interfaz de conexión. A veces se acompaña la norma RS-232 de una letra que indica la revisión de la norma. Por ejemplo, RS-232-C es la revisión C de la norma RS-232. El interfaz RS-232-C La proliferación de equipos de distintos fabricantes ha causado que éstos hayan tenido que ponerse de acuerdo sobre las normativas de interconexión de sus equipos. Muchas asociaciones de estándares han dictado normas y recomendaciones a las que los diseñadores de dispositivos de comunicación se acogen, con el fin de garantizar que los equipos que producen se entenderán con los de otros fabricantes. Este problema fue resuelto inicialmente por la asociación de estándares EIA (Electronics Industries Association) con el estándar RS-232. Este estándar es el adoptado con más frecuencia para transmisiones serie, especialmente utilizado por gran parte de los módems. El equivalente del CCITT, ahora ITU (International Telecommunication Union), está compuesto por las normas V.24 y V.28. Estas normativas definen tanto las características eléctricas como las funcionales de la conexión. Para hacernos una idea aproximada de qué parámetros se definen en estos estándares vamos a exponer brevemente un resumen de sus características eléctricas: Las señales han de ser binarias. La tensión no debe superar los 25 V en circuito abierto. La tensión de utilización del equipo puede ser positiva (asignado al «0» lógico) o negativa (asignado al «1» lógico), y su valor debe estar comprendido entre los 5 y los 15 V. En el caso de cortocircuito la intensidad eléctrica no debe superar los 0,5 A. La resistencia de carga debe ser superior a Ω y no debe sobrepasar los Ω. La capacidad de carga debe ser inferior a picofaradios (pf). Como se puede observar, con estas especificaciones los fabricantes pueden construir sus equipos teniendo la seguridad de que la interconexión está garantizada. Entre las características funcionales se mencionan los distintos tipos de circuitos eléctricos que componen la interfaz. La norma define conectores con 25 pines (Figura 3.6), cada uno de los cuales define un circuito. Estos circuitos se conectan de modo distinto según las aplicaciones, pero la más común es la que aparece en la Figura

8 3.2 Dispositivos de conexión de cables Figura 3.6. a) Estructura lógica de los pines del conector RS-232. b) Vista frontal real del conector. También se pueden encontrar conectores de 9 pines (Figura 3.8) en los que se han mantenido las líneas más utilizados en las comunicaciones usuales. Los principales son los siguientes: DTR (Data Terminal Ready): terminal de datos preparado. Esta señal es enviada inicialmente por el terminal al módem para informarle de que está preparado para intervenir en una comunicación. DSR (Data Set Ready): módem preparado. Seguidamente el módem activa esta línea y se la envía al terminal para indicarle que el módem también está listo. RTS (Request To Send): petición de emisión. Una vez que el terminal y el módem están listos, si el ETD necesita enviar datos, envía al módem la señal RTS para informarle. CD (Carrier Detected): detección de portadora. Cuando el módem lee la señal RTS que el terminal le envía, dispara los circuitos de enlace de línea enviando al módem remoto una señal portadora. Este módem remoto activa, entonces, la señal CD y así avisa al terminal próximo de que el módem remoto está listo para recibir datos. CTS (Clear To Send): listo para transmitir. Es una señal que envía el módem al terminal para indicarle que está listo para aceptar datos, puesto que ha conseguido un enlace por la línea telefónica ya que anteriormente recibió un CD. TD (Transmitted Data): transmisión de datos. Esta línea es el canal por el que viajan en serie los bits del emisor. RD (Received Data): recepción de datos. Los datos emitidos por el emisor se reciben en el receptor por la línea RD. TC (Transmitter Clock): transmisor de reloj. En el caso de las comunicaciones síncronas se tiene que enviar una señal de reloj para mantener la sincronización y se hace por esta línea. RC (Receiver Clock): receptor de reloj. La señal TC se recibe en el otro extremo de la comunicación por la línea RC. GND (Ground): tierra protectora. Es la línea que sirve para unificar las tierras de emisor y receptor. SGND (Signal Ground): tierra señal de referencia. Establece el nivel de tensión de referencia para poder distinguir los valores de cada uno de los bits. Figura 3.7. Estructura de conexión de las líneas más importantes a través de RS-232-C con conector de 25 pines. Figura 3.8. a) Estructura lógica de los pines del conector RS-232 de 9 pines. b) Vista frontal real del conector. 67

9 3.2 Dispositivos de conexión de cables Actividad 1 Cables serie y null módem Se trata de construir varios modelos de cables serie utilizando los conectores DB9 y DB25 comentados anteriormente. Un cable módem, también denominado null módem, es el cable serie que se utiliza para la conexión de un DCE a un DTE por línea serie. Es la típica conexión del puerto serie de un PC con un módem externo. A veces no es fácil encontrar en los comercios los cables serie que nos hacen falta y es necesaria su construcción manual. En esta actividad, se trata de construir algunos de estos cables: a) Cable módem de 7 pines activos: GND...GND RX...TX TX...RX RTS...CTS CTS...RTS DSR...DTR DTR...DSR La construcción física del cable tendría que tener en cuenta los siguientes datos en función del conector elegido (DB9 o DB25): Señal Patilla en DB9 Patilla en DB25 GND patilla 5... patilla 7 RX patilla 2... patilla 3 TX patilla 3... patilla 2 RTS patilla 7... patilla 4 CTS patilla 8... patilla 5 DSR patilla 6... patilla 6 DTR patilla 4... patilla 20 b) Cable serie de conexión entre un DB9 y un DB25. La construcción física y las señales serían las siguientes: Conector DB9 Conector DB25 7 (GND)... 7 (GND) 3 (TX)... 3 (RX) 2 (RX)... 2 (TX) 8 (CTS)... 4 (RTS) 7 (RTS)... 5 (CTS) 6 (DSR) (DTR) 4 (DTR)... 6 (DSR) CHASIS... (malla)... CHASIS Se puede encontrar información sobre estas construcciones en en en o buscando en Internet por la voz «null modem». B Conectores para redes El conector es el interface entre el cable y el DTE o el DCE de un sistema de comunicación, o entre dos dispositivos intermedios en cualquier parte de la red. En las redes de área extendida la estandarización es muy importante, puesto que hay que garantizar que sea cual sea el fabricante de los equipos, los ordenadores conectados se puedan entender, incluso en el nivel físico. En las redes de área local, al tener un único propietario, hay una mayor libertad en la elección de los conectores. Aún así están totalmente estandarizados. Algunos de estos conectores se describen a continuación (Figura 3.9): 68 Figura 3.9. Distintos tipos de cables y conectores.

10 3.2 Dispositivos de conexión de cables RJ11, RJ12, RJ45. Estos conectores se suelen utilizar con cables UTP, STP y otros cables de pares. Para estos cables se habían definido distintas clases y categorías, que son también heredadas por los conectores. Por tanto, al adquirir los conectores se debe especificar la categoría del cable que se pretende utilizar con ellos. AUI, DB15. Utilizados en la formación de topologías en estrella con cables de pares, o para la conexión de transceptores a las estaciones. BNC. Se utiliza con cable coaxial fino, típico de Ethernet. Mantiene la estructura coaxial del cable en cada conexión (Figura 3.10). T coaxial. Es el modo natural de conectar una estación en un bus de cable coaxial. DB25 y DB9. Son conectores utilizados para transmisiones serie. produce pérdidas de señal ya que deben adaptar la impedancia de un tipo de cable al otro. Rack. Es un armario que recoge de modo ordenado las conexiones de toda o una parte de la red (Figura 3.11). Latiguillos. Son cables cortos utilizados para prolongar los cables entrantes o salientes del rack. Canaleta. Es una estructura metálica o de plástico, adosada al suelo o a la pared, que alberga en su interior todo el cableado de red, de modo que el acceso a cualquier punto esté más organizado y se eviten deterioros indeseados en los cables. Placas de conectores y rosetas. Son conectores que se insertan en las canaletas, o se adosan a la pared y que sirven de interface entre el latiguillo que lleva la señal al nodo y el cable de red. En el caso de redes inalámbricas no podemos hablar de conectores sino de antenas de radiación. Figura a) Piezas que componen un conector BNC para cable coaxial y un terminador de 50 Ω. b) Conectores RJ45. c) Conectores y latiguillos para fibra óptica. Pero cables y conectores no son los únicos elementos físicos de la red. También hay que considerar la conducción de los cables por las instalaciones arquitectónicas, los elementos que adecuan los cables a las tarjetas de red, etcétera. Balums y transceptores. Son capaces de adaptar la señal pasándola de coaxial, twinaxial, dual coaxial a UTP o, en general, a cables de pares, sean o no trenzados. La utilización de este tipo de elementos Figura Vistas de un rack para cableado estructurado. C Conectores para fibra óptica Los conectores más comunes utilizados en instalaciones de fibra óptica para redes de área local son los conectores ST y SC. En redes FDDI, suele utilizarse el conector de tipo MIC. El conector SC (Straight Connection) es un conector de inserción directa. Suele utilizarse en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit. La conexión de la fibra óptica al conector requiere el pulido de la fibra y la alineación de la fibra con el conector. 69

11 3.2 Dispositivos de conexión de cables Ocasionalmente, la documentación técnica utiliza indistintamente los términos crimpar y grimpar. El conector ST (Straight Tip) es un conector semejante al SC pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo semejante a los conectores coaxiales. Suele utilizarse en instalaciones Ethernet hibridas entre cables de pares y fibra óptica. Como en el caso del conector SC, también se requiere el pulido y la alineación de la fibra. En las instalaciones de fibra óptica hay que tener mucho cuidado con la torsión del cable ya que se trata de un material muy frágil. Los fabricantes de fibra suelen recomendar que la fibra no se doble con radios de curvatura inferiores a 25 veces el diámetro del propio cable de fibra. Antes de su utilización, cada cable construido debe ser probado para asegurarse de que cumple con las especificaciones de calidad requeridas en la instalación. Esto hace que cuando no se tiene seguridad en la construcción del cable con sus conectores incluidos, el cable debe rechazarse. Figura Algunas herramientas para la conectorización de cables de pares. Las herramientas utilizadas en la construcción de las conexiones del cableado dependerán del tipo de cable y de conector. Las grandes empresas que diseñan y construyen sistemas de cableados suelen disponer de las herramientas adecuadas para su conectorización. También hay que disponer de la documentación correspondiente al tipo de conector que se va a confeccionar. Figura Conectores para fibra óptica de tipo SC (a la izquierda) y ST (a la derecha). Estas herramientas toman formas especializadas como alicates, cuchillas y crimpadores. Se pueden adquirir en los comercios especializados por separado o formando parte de kits para cada tipo de cable. D Herramientas de conectorización La creación de las conexiones de la red debe ser realizada con sumo cuidado. La mayor parte de los problemas de las redes de área local una vez que han entrado en su régimen de explotación se relacionan directamente con problemas en los cables o en los conectores. Cuanto mayor sea la velocidad de transmisión de las señales de la red, tanto mayor será la necesidad de calidad en los conectores y las conexiones que conforman. Figura a) Kits de conectorización de fibra óptica. b) Kits de cables de pares. 70

12 3.3 La tarjeta de red Además de las herramientas de conectorización, de los cables y de los conectores, son necesarios algunos otros componentes que cooperan en la calidad de la instalación. Nos fijaremos aquí en algunos de modo orientativo: Macarrón termorretráctil. Se trata de cables huecos construidos con un material plástico termorretráctil, es decir, que se comprimen por aplicación de calor. Suele instalarse en la unión del cable con el conector para que una vez apretado por efecto del calor, el conector quede más solidamente sujeto al cable. Bridas. Son elementos plásticos que abrochan los cables entre sí o a los armarios y canaletas por donde se instalan de modo que se fije la trayectoria del cable y se impida su movilidad. Etiquetas identificativas. Constituyen un sistema de información que se adjunta a cada cable para tenerlo identificado en todo momento. Otro tipo de herramientas más comunes como tijeras, pelacables, destornilladores, punzones, cuchillas, pinzas, resinas, cinta aislante, etcétera. Actividad 2 Identificación de componentes físicos de la red En una instalación de red real a la que se tenga acceso, por ejemplo, la red del centro educativo o del aula, identificar todos los cables, conectores y demás componentes físicos. Confeccionar en una hoja de cálculo una clasificación que permita un sencillo cómputo de los componentes utilizados que sea la base de un futuro inventario. Se puede incluir en este estudio también el sistema telefónico. 3.3 La tarjeta de red El adaptador de red, tarjeta de red o NIC (Network Interface Card) es el elemento fundamental en la composición de la parte física de una red de área local. Cada adaptador de red es un interface hardware, entre la plataforma o sistema informático y el medio de transmisión físico, por el que se transporta la información de un lugar a otro. El adaptador puede venir o no incorporado con la plataforma hardware básica del sistema. En algunos ordenadores personales hay que añadir una tarjeta separada, independiente del sistema, para realizar la función de adaptador de red. Esta tarjeta se inserta en el bus de comunicaciones del ordenador personal convenientemente configurada. Un equipo puede tener una o más tarjetas de red para permitir distintas configuraciones o poder atacar con el mismo equipo distintas redes. Descripción y conexión del adaptador La tarjeta de red es un dispositivo electrónico que se compone de las siguientes partes: Interface de conexión al bus del ordenador. Interface de conexión al medio de transmisión. Componentes electrónicos internos, propios de la tarjeta. Elementos de configuración de la tarjeta: puentes, conmutadores, etcétera. La conexión de la tarjeta de red al hardware del sistema sobre el que se soporta el host de comunicaciones se realiza a través del interface de conexión. Cada ordenador transfiere internamente la información entre los distintos componentes (CPU, memoria, periféricos) en paralelo a través de un bus interno. Los distintos componentes, especialmente los periféricos y las tarjetas, se conectan a este bus a través de unos conectores llamados slots de conexión, que siguen unas especificaciones concretas. Por tanto, un slot es el conector físico en donde se «pincha» la tarjeta. Es imprescindible que la especificación del slot de conexión coincida con la especificación del interface de la tarjeta. También es preciso guardar unas medidas de seguridad mínimas para garantizar que la electrónica de los componentes no se estropee por una imprudente manipulación, como por 71

13 3.3 La tarjeta de red ejemplo, descargarse de electricidad estática, trabajar en un ambiente seco y limpio, etcétera. La velocidad de transmisión del slot, es decir, del bus interno del ordenador, y el número de bits que es capaz de transmitir en paralelo, serán los primeros factores que influirán decisivamente en el rendimiento de la tarjeta en su conexión con el procesador central. Actualmente los interfaces más usados son PCI (tanto de 32 como de 64 bits), PCMCIA para ordenadores portátiles y USB. La tecnología más consolidada para PC compatibles es PCI, que está implantada en la mayor parte de las plataformas modernas. Los componentes electrónicos incorporados en la tarjeta de red se encargan de gestionar la transferencia de datos entre el bus del ordenador y el medio de transmisión, así como del proceso de estos datos. La salida hacia el cable de red requiere una interfaz de conectores especiales para red como los que ya se han visto anteriormente: BNC, RJ45, DB25, etc., dependiendo de la tecnología de la red y del cable que se deba utilizar. Normalmente, la tarjeta de red procesará la información que le llega procedente del bus del ordenador para producir una señalización adecuada en el medio de transmisión, por ejemplo, una modulación, un empaquetamiento de datos, un análisis de errores, etc. En el caso de adaptadores para redes inalámbricas el procedimiento de instalación es semejante aunque no se utilizan cables, que serán sustituidos por las antenas de radiación que los propios interfaces llevan incorporadas. Figura a) Adaptadores de red con interface PCI para cable UTP. b) Para redes inalámbricas. En el mercado existen muchos tipos de tarjetas de red. Cada tarjeta necesita su controlador de software para comunicarse con el sistema operativo del host. Hay firmas comerciales poseedoras de sus propios sistemas operativos de red que tienen muy optimizados estos controladores. Esto hace que muchas tarjetas de red de otros fabricantes construyan sus tarjetas de acuerdo con los estándares de estos fabricantes mayoritarios, de modo que las tarjetas se agrupan por el tipo de controlador que soportan. Por ejemplo, las tarjetas NE2000 de Novell son un estándar de facto seguido por otros muchos fabricantes que utilizan un software compatible. En general, es conveniente adquirir la tarjeta de red asegurándose de que existirán los controladores apropiados para esa tarjeta, y para el sistema operativo del host en el que se vaya a instalar. Además hay que cerciorarse de que se dispondrá de un soporte técnico para solucionar los posibles problemas de configuración o de actualización de los controladores con el paso del tiempo, tanto de los sistemas operativos de red como de las propias redes. Figura Adaptadores de red con interface PCMCIA para ordenadores portátiles. Configuración de la tarjeta de red La tarjeta de red debe ponerse de acuerdo con el sistema operativo del host y su hardware en el modo en el que se producirá la comunicación entre ordenador y tarjeta. Esta configuración se rige por unos parámetros que deben ser configurados en la tarjeta dependiendo del hardware y software del sistema de modo que no colisionen con los parámetros de otros periféricos o tarjetas. Los principales parámetros son los siguientes: IRQ (Interrupt Request o solicitud de interrupción). Es el número de una línea de interrupción con el que se avisan sistema y tarjeta de que se producirá un evento de comunicación entre ellos. Por ejemplo, cuando la tarjeta recibe una trama de datos, ésta es procesada y analizada por la tarjeta, 72

14 3.3 La tarjeta de red activando su línea IRQ para avisar al procesador central de que tiene datos preparados para el sistema. Valores típicos para el la IRQ son 3, 5, 7, 9, 10 y 11, aunque pueden variar dependiendo del hardware instalado. Dirección de E/S (Entrada/Salida). Es una dirección de memoria en la que escriben y leen tanto el procesador central del sistema como la tarjeta, de modo que les sirve de bloque de memoria para el intercambio mutuo de datos. Tamaños típicos de este bloque de memoria (o buffer) son 16 KBytes o 32 KBytes. Este sistema de intercambio de datos entre el host y la tarjeta es bastante rápido, por lo que es muy utilizado en la actualidad, pero requiere de procesadores más eficientes. La dirección de E/S se suele expresar en hexadecimal, por ejemplo DC000H. DMA (Direct Memory Access, acceso directo a memoria). Cuando un periférico o tarjeta necesita transmitir datos a la memoria central, un controlador hardware apropiado llamado controlador DMA, pone de acuerdo a la memoria y a la tarjeta sobre los parámetros en que se producirá el envío de datos, sin necesidad de que intervenga la CPU en el proceso de transferencia. Cuando un adaptador de red transmite datos al sistema por esta técnica (DMA), debe definir qué canal de DMA va a utilizar que no vaya a ser utilizado por otra tarjeta. Este sistema de transferencia se utiliza poco en las tarjetas modernas. Dirección del puerto de E/S. El puerto de Entrada/Salida es un conjunto de bytes de memoria en los que procesador central y periféricos intercambian datos de Entrada/Salida o del estado del periférico. Tipo de transceptor. Algunas tarjetas de red incorporan varias salidas con diversos conectores tarjetas COMBO, de modo que se puede escoger entre ellos en función de las necesidades. Algunas de estas salidas necesitan transceptor externo, y hay que indicárselo a la tarjeta cuando se configura. Tradicionalmente estos parámetros se configuraban en la tarjeta a través de puentes jumpers y conmutadores switches (Figura 3.17). Actualmente está muy extendido un modo de configuración por software, que no requiere la manipulación interna del hardware: los parámetros son guardados por el programa configurador que se suministra con la tarjeta, en una memoria no volátil que reside en la propia tarjeta. Figura Ejemplos de configuración mediante jumpers en una tarjeta de red, en un disco duro y en una placa madre. Como en cualquier otra tarjeta, el adaptador de red necesita de un software controlador que conduzca sus operaciones desde el sistema operativo. De este modo, las aplicaciones a través del sistema operativo tienen controlados los accesos al hardware del sistema, y en concreto, a la red. Este software es un programa de muy bajo nivel denominado controlador o driver de red que es específico para cada adaptador. Normalmente cada fabricante construye su propio controlador para cada una de las tarjetas que fabrica, aunque los sistemas operativos tienen integrados controladores para las tarjetas más comunes. Si el sistema operativo es avanzado, es posible, que estos controladores estén firmados digitalmente con objeto de garantizar su procedencia como signo de estabilidad y correcto funcionamiento. Sobre este controlador pueden establecerse otros programas de más alto nivel y que tienen funciones específicas relacionadas con los protocolos de la red. A estos programas se les llama packet-drivers, porque son los encargados de la confección de los paquetes o tramas que circularán por la red. Estos paquetes están construidos de acuerdo con las especificaciones de los protocolos de capa superior adecuándolos a las características del medio físico de la red. Este fraccionamiento del software en capas de programas (no hay que confundir con los niveles OSI que especifican funciones) permite que sobre la misma tarjeta de red puedan soportarse distintos protocolos sin interferencias entre ellos. Son las llamadas pilas o stacks de protocolos de distintas familias. 73

15 3.3 La tarjeta de red De modo análogo, son posibles los sistemas que tienen una o más pilas de protocolos sobre una o más tarjetas de red. El sistema se encarga de gestionar los mensajes de red que entran y salen por cada una de sus tarjetas, y de los protocolos que soportan cada una de ellas. Hay dos tecnologías básicas para realizar este enlace entre las capas de alto nivel, por ejemplo, las aplicaciones de usuario y el adaptador de red. Se trata de las especificaciones NDIS (Network Driver Interface Specification, de Microsoft y 3COM) y ODI (Open Datalink Interface, de Novell y Apple). El software de estas especificaciones actúa como interface entre los protocolos de transporte y la tarjeta de red. Cuando se instala hardware nuevo en un sistema y se arranca, si éste soporta la tecnología plug & play, entonces avisará del nuevo hardware encontrado y tratará de instalar con el consentimiento del usuario, más o menos automáticamente, los controladores apropiados para hacer funcionar correctamente esos nuevos dispositivos. para el administrador de la red visitar con alguna frecuencia la sede web de los fabricantes de las tarjetas de red de la instalación para comprobar que los controladores que tiene instalados con las tarjetas de red coinciden con la última versión que distribuye el fabricante. Normalmente, las nuevas versiones corrigen problemas y hacen mejorar el rendimiento del hardware. No obstante, antes de hacer una actualización de un controlador de tarjeta de red conviene hacer una copia de seguridad del sistema operativo o al menos crear un punto de restauración por si el nuevo controlador diera algún problema. Algunas tarjetas de red incorporan un zócalo para la inserción de un chip que contiene una memoria ROM (Read Only Memory, Memoria de sólo lectura) con un programa de petición del sistema operativo del host a través de la red. De este modo el host puede cargar su sistema operativo a través de la red, por ejemplo a través de un servicio de red denominado BOOTP. En la última generación de tarjetas, la configuración se realiza automáticamente: elección del tipo de conector, parámetros de comunicación con el sistema, etc., aunque requiere hardware especializado en el host. Esta tecnología de configuración automática se llama plug & play (enchufar y funcionar), y facilita extraordinariamente el trabajo del instalador, quien ya no tiene que preocuparse de los parámetros de la tarjeta. Características de las tarjetas de red No todos los adaptadores de red sirven para todas las redes. Existen tarjetas apropiadas para cada tecnología de red: Ethernet, Token Ring, FDDI, redes inalámbricas, etcétera. Figura Configuración del adaptador de red en un sistema Windows. En ocasiones, el sistema operativo no reconoce automáticamente la tarjeta de red recién instalada. Esto ocurre sobre todo si la tarjeta es más moderna que el sistema operativo. El fabricante de la tarjeta debe proporcionar con ella su software controlador para los sistemas operativos más comunes. Es una buena práctica Algunas tarjetas que sirven para el mismo tipo de red se parametrizan de acuerdo con ciertas especificaciones. Por ejemplo, una tarjeta Ethernet puede estar configurada para transmitir a 10 Mbps o 100 Mbps, si está preparada para ello, dependiendo del tipo de red Ethernet a la que se vaya a conectar. También se puede elegir el tipo de conexión: 10Base2, 10Base5, 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT, etcétera. Algunos adaptadores de red no se conectan directamente al bus de comunicaciones interno del ordenador, sino que lo hacen a través de otros puertos de comunicaciones serie, paralelo o, más recientemente, USB 74

16 3.3 La tarjeta de red (Universal Serial Bus, Bus Serie Universal). Para su correcto funcionamiento requieren controladores especiales y su rendimiento no es tan alto como en las tarjetas conectadas al bus. Los ordenadores portátiles suelen llevar la tarjeta de red integrada en su placa madre, pero en cualquier caso se les puede añadir otra tarjeta PCMCIA. semejante de modo que el sistema se hace insensible a problemas en el puerto de red. Agregación de puerto. Se trata de que varios puertos puedan volcar información a la misma red. De este modo, el ancho de banda del sistema será la suma de los anchos de banda de cada uno de los puertos de red. Hay fabricantes que permiten la agregación de puertos de tarjetas distintas sobre el mismo sistema. Compatibilidad con tramas de tipo jumbo. Las tramas jumbo están prohibidas en el estándar Ethernet sin embargo, si todas las tarjetas de la instalación contemplan esta característica es posible crear redes de mayor eficacia, pues en vez de enviar tramas de 1514 bytes típicas de Ethernet, las tramas jumbo emplean la misma tecnología pero con tramas de 9014 bytes. Compatibilidad con VLAN. Las tarjetas de red que incorporan esta característica permiten la creación de redes de área local virtuales que admiten la configuración de redes en la que los nodos no pertenecen a la red en función de su conexión de cableado sino en función de su configuración de software de red. Figura Características configurables de un adaptador de red en un sistema Windows. Aunque una tarjeta de red no especifica la función de una máquina como cliente o como servidor, conviene que las tarjetas de red instaladas en servidores sean de mejor calidad y con algunas funcionalidades añadidas. Algunas de estas características son: Poseer más de un puerto de red. La misma tarjeta tiene varios canales de entrada/salida como interface de red, de modo que una sola tarjeta puede conectarse a varias redes distintas. Migración de puerto después de un error. Cuando se produce un error en el puerto utilizado de la tarjeta se pone en funcionamiento automáticamente otro Figura Configuración de un adaptador de red inalámbrico. 75

17 3.4 Red Ethernet 3.4 Red Ethernet Ethernet es un tipo de red que sigue la norma IEEE Esta norma define un modelo de red de área local utilizando el protocolo de acceso al medio CSMA/CD en donde las estaciones están permanentemente a la escucha del canal y, cuando lo encuentran libre de señal, efectúan sus transmisiones inmediatamente. Esto puede llevar a una colisión que hará que las estaciones suspendan sus transmisiones, esperen un tiempo aleatorio y vuelvan a intentarlo. IEEE tiene su predecesor en el protocolo Aloha al que ya nos hemos referido anteriormente. Más tarde, la compañía Xerox construyó una red CSMA/CD de casi 3 Mbps de velocidad de transferencia, denominada Ethernet, que permitía conectar a lo largo de un cable de 1 km de longitud hasta 100 estaciones. En una fase posterior las compañías DEC (Digital Equipment Corporation, absorbida por Compaq y posteriormente por HP) e Intel, junto con Xerox, definieron un estándar para Ethernet de 10 Mbps con topología en bus (Figura 3.21). Posteriores revisiones de Ethernet han llegado hasta 1 Gbps y ya se está empezando a implantar Ethernet a 10 Gbps. Transmisión de un uno lógico. El uno lógico es la inversión del cero lógico, es decir, una señal de +0,85 V seguida de otra de 0,85 V. Canal inactivo, sin transmisión. Se caracteriza por el mantenimiento del canal a 0 V, es decir, en reposo eléctrico. Cualquier estación conectada a una red IEEE debe poseer una tarjeta de red que cumpla con este estándar y con los componentes electrónicos y el software adecuado para la generación y recepción de tramas. La tarjeta o adaptador de red se encarga de verificar las tramas que le llegan desde el canal, así como de ensamblar los datos de información dándoles la forma de una trama, calculando los códigos de redundancia cíclica que ayuden a detectar los posibles errores en destino, etc. La tarjeta también es la encargada de negociar los recursos que necesita con el sistema operativo del ordenador en que se instala. La longitud máxima permitida para el bus en que se basa una red IEEE es de 500 m. Sin embargo, es posible conectar varios segmentos a través de unos dispositivos especiales llamados repetidores (Figura 3.22). Figura Topología en bus para la red Ethernet. El nivel físico en Ethernet El nivel físico de Ethernet utiliza una codificación denominada Manchester diferencial por la que en cualquier instante el cable puede estar en alguno de estos tres estados posibles: Transmisión de un cero lógico. El cero lógico está constituido por una señal de 0,85 V seguida de otra de +0,85 V. Figura Topología extendida con repetidores para una red Ethernet en bus. En la parte inferior, señales eléctricas transmitidas por el cable en Ethernet. 76

18 3.4 Red Ethernet El repetidor opera en la capa física, y se encarga de amplificar (realmente lo que hace es regenerar) la señal eléctrica, para que su amplitud sea la adecuada y llegue correctamente a los posibles receptores. Hay una limitación en la longitud total del bus (incluyendo la configuración con repetidores): dos transceptores no pueden distanciarse más de m. Además, entre dos transceptores cualesquiera no puede haber un camino de red con más de cuatro repetidores, pues entonces el retardo de las señales haría inviable el sistema de gestión de las colisiones, impidiendo a la red operar eficazmente. Tipos de Ethernet El modo en que las tramas IEEE son puestas en el medio de transmisión físico depende de las especificaciones de hardware y de los requerimientos del tipo de cableado elegido. Se definen para ello varios subestándares, todos ellos integrados dentro de la IEEE 802.3, que especifican el tipo de conector y de cable que es preciso para alcanzar los rendimientos previstos utilizando siempre el método CSMA/CD. Algunos de estos subestándares son los siguientes (Tabla 3.3): Ethernet 10Base5 10Base2 10BaseT 10Broad36 100BaseTX 100BaseFX 100BaseT4 Medio transmisión Coax 50 Ω Coax 50 Ω UTP Coax 75 Ω 2 pares STP ó UTP categoría 5 2 fibras ópticas 4 pares UTP categoría 3 a 5 Longitud máx. por segmento 500 m 185 m 100 m m 100 m 500 m 100 m Tabla 3.3. Tabla de características técnicas de Ethernet a 10 y a 100 Mbps. Las características básicas de algunos de estos estándares Ethernet son: 10Base5. Es la especificación original de Ethernet y utiliza coaxial grueso para el transporte de las señales en banda base. 10Base2. También es una especificación original de Ethernet que utiliza cable coaxial fino, en concreto se suele utilizar el cable RG-58, de 50 Ω de impedancia, para transmisiones de hasta 10 Mbps. 10Broad36. Define un estándar para cable coaxial en banda ancha. En la actualidad es un estándar que apenas se utiliza. 10BaseT. Utiliza cables de par trenzado UTP para producir transmisiones de hasta 10 Mbps. Configura la Ethernet como una estrella. 100BaseT. Es semejante al 10BaseT, pero con velocidades hasta 100 Mbps, utilizando cables UTP de categoría BaseT. En este caso las comunicaciones siguen la normativa Ethernet pero con velocidades de Mbps; sin embargo, se necesitan cables superiores al UTP de categoría 5, por ejemplo, el de categoría 5 mejorada (categoría 5e). Además las distancias de cable deben ser mucho más reducidas. Es la base de la tecnología Gigabit Ethernet. En la actualidad ya se habla de Ethernet 10G, que sería la red con tecnología Ethernet a 10 Gbps. La trama Ethernet Una trama IEEE se compone de los siguientes campos (Figura 3.23): Figura Formato de la trama IEEE Preámbulo. Este campo tiene una extensión de 7 bytes que siguen la secuencia « ». Inicio. Es un campo de 1 byte con la secuencia « », que indica que comienza la trama. Dirección de destino. Es un campo de 2 o 6 bytes que contiene la dirección del destinatario. Aunque la norma permite las dos longitudes para este campo, la utilizada en la red de 10 Mbps es la de 6 bytes. Esta dirección puede ser local o global. Es local cuando la dirección sólo tiene sentido dentro de la propia red, y suele estar asignada por el administrador de red. 77

19 3.4 Red Ethernet Una dirección global (dirección MAC o dirección Ethernet) es única para cada tarjeta de red, normalmente codifica la compañía constructora de la tarjeta y un número de serie. El bit de mayor orden de este campo, que ocupa el lugar 47, codifica si la dirección de destino es un único destinatario (bit puesto a 0) o si representa una dirección de grupo (bit puesto a 1). Una dirección de grupo es la dirección a la que varias estaciones tienen derecho de escucha (transmisión de uno a varios). Cuando todos los bits del campo dirección están a 1, se codifica una difusión o «broadcast», es decir, codifica una trama para todas las estaciones de la red. El sistema sabe si se trata de una dirección local o global analizando el valor del bit 46. Dirección de origen. Es semejante al campo de dirección de destino, pero codifica la dirección MAC de la estación que originó la trama, es decir, de la tarjeta de red de la estación emisora. Longitud. Este campo de dos bytes codifica cuántos bytes contiene el campo de datos. Su valor oscila en un rango entre 0 y Datos. Es un campo que puede codificar entre 0 y 1500 bytes en donde se incluye la información de usuario procedente de la capa de red. Relleno. La norma IEEE especifica que una trama no puede tener un tamaño inferior a 64 bytes, por tanto, cuando la longitud del campo de datos es muy pequeña se requiere rellenar este campo para completar una trama mínima de al menos 64 bytes. Es un campo que puede, por tanto, tener una longitud comprendida entre 0 y 46 bytes, de modo que la suma total de la trama sea al menos de 64 bytes. CRC. Es el campo de 4 bytes en donde se codifica el control de errores de la trama. 51,2 microsegundos. En este tiempo, la red hubiera podido transmitir 512 bits que se hubieran desplazado 2,5 km y que coincide con la distancia máxima permitida en la red. Después de la colisión las estaciones generan un número aleatorio que se resuelve como 0 o 1. Si el resultado es 0, se produce la retransmisión inmediatamente, mientras que si es 1 se espera una ranura para efectuar la retransmisión. Si ambas estaciones eligen el mismo número aleatorio, se producirá de nuevo otra colisión. La probabilidad de colisión es 1/2. En ese caso se repite el proceso, pero ahora generando números aleatorios con resultado 0, 1, 2 o 3, esperando ese número de ranuras para producir la transmisión. Pueden volver a colisionar, pero ahora la probabilidad de colisión es de 1/4. Así se repite el proceso hasta que se consigue una retransmisión eficaz. Con cada colisión se retarda la transmisión, pero la probabilidad de nueva colisión se reduce en progresión geométrica. Dominios de colisión en Ethernet Cuando Ethernet pone una trama en el bus de la red, esta trama viaja por todo el bus para alcanzar a todas las estaciones que están conectadas a él porque cualquiera de ellas, algunas o todas pueden ser las destinatarias de la información que viaja en la trama. Sin embargo, una trama no puede saltar a otra red. Se dice que la trama se circunscribe a su dominio de colisión, es decir, una trama sólo puede colisionar con otra dentro de su dominio de colisión pues no puede traspasar esta frontera. Las colisiones en Ethernet Vamos ahora a estudiar el modo en que se resuelven las colisiones. Cuando se produce una colisión las estaciones implicadas en ella interrumpen sus transmisiones, generan una señal de ruido para alertar al resto de las estaciones de la red y esperarán un tiempo aleatorio para volver a retransmitir. El sistema de asignación de tiempos de espera consiste en dividir el tiempo en ranuras temporales de valor Figura Tres dominios de colisión definidos por tres buses Ethernet interconectados por un encaminador. 78

20 3.5 El cableado de red Cuando un nodo necesita transmitir información a otro que está en un dominio de colisión distinto necesita acudir a los servicios de otros dispositivos de red intermedios como puentes o enrutadores (Figura 3.24). Estos dispositivos separan los dominios de colisión y son los encargados de ampliar la red de área local con otros dominios de colisión, cada uno de los cuales se comporta como una red de área local completa. Frecuentemente a estos dominios de colisión se les denomina segmentos de red. Los protocolos de red que funcionan con direcciones de destino de tipo multidifusión, es decir, con más de un destinatario pueden producir tormentas de difusión, en donde se generan avalanchas de tramas que pueden colapsar la red. En estos casos es muy importante que los dominios de colisión estén perfectamente acotados. Así, si se produce una tormenta de difusión, quedará confinada a ese segmento de red y el problema no afectará a otros segmentos. Los dispositivos de red de alto nivel incorporan protocolos de gestión y encaminamiento de la multidifusión. Esto reviste especial importancia si el paso de un segmento a otros se hace a través de una red de baja velocidad: si toda la multidifusión tuviera que pasar por esta red de baja velocidad, todas las comunicaciones quedarían probablemente colapsadas. 3.5 El cableado de red Fuera del ámbito doméstico, la instalación de un sistema de cableado para una corporación exige la realización de un proyecto en el que ha de tenerse en cuenta, como en cualquier proyecto, los recursos disponibles, procedimientos, calendarios de ejecución, costes, documentación, etcétera. Utilizar protecciones adecuadas al trabajo que se realiza: gafas protectoras, guantes, etcétera. Asegurarse de que no se dañará ninguna infraestructura al realizar perforaciones en paredes, suelos o techos. Limpieza. A El proyecto de instalación En primer lugar se ha de tener en cuenta las normativas laborales en cuanto a seguridad del trabajo se refiere. En la operación eléctrica ha de cuidarse: Flujo de trabajo de la instalación La instalación consiste en la ejecución ordenada según las directrices del proyecto de instalación de un conjunto de tareas que revierten en proporcionar el servicio que el cliente que solicitó la instalación necesitaba. No trabajar con dispositivos encendidos que estén con la carcasa abierta. Utilizar los instrumentos de medida adecuados a las características de las señales con las que se trabaja: no es lo mismo medir los 5 V en un componente electrónico que los 220 V de fuerza en la red eléctrica. Conectar a tierra todos los equipamientos de la red. No perforar ni dañar ninguna línea tanto de fuerza como de datos o de voz. Localizar todas las líneas eléctricas, así como motores y fuentes de interferencia antes de comenzar con la instalación de transporte de datos. En los procedimientos laborales ha de tenerse en cuenta: Asegurarse bien de las medidas de la longitud de los cables antes de cortarlos. Figura Flujo de trabajo de una instalación de red. 79